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第六节 TAS5411-Q1：高效又可靠的D类功放

前面的五节谈及了接口、电源两方面的内容，在最后一节，我们把重点放在性命攸关的紧急呼叫系统（ecall）。本节内容将会探讨紧急呼叫（ecall）系统的音频部分，也会为大家选择音频放大器提供一些建议，并且会介绍TI在汽车应用（如T-BOX中）的D类音频放大器明星产品。

许多政府机构已经考虑在汽车中必须安装紧急呼叫（eCall）系统。如果发生严重的交通事故，eCall系统将自动与紧急救援人员联系，将GPS定位发送到当地紧急救援服务部门，并无线发送安全气囊和碰撞传感器信息。据欧盟委员会反馈，eCall将减少50％的紧急救援服务响应时间，从而能够减少人们受伤的严重程度甚至挽救生命。

图-1 典型的eCall简化框图

图1为典型的eCall系统框图，有时候也会称之为远程信息处理控制单元。有以下几个点需要注意：

• 音频信号的输入和输出通常会合并在一个编****（CODEC）中，CODEC包括一个ADC和一个DAC。TI的TLV320AIC3104-Q1也是这么一款低功耗的CODEC，可帮助电池节省能量、延长通话时间。在极少数情况下，音频处理部分也会由两个ADC或两个DAC组成。

• 音频信号路径一般通过口头电话将驾驶员连接到紧急服务，因此大多数系统总共只需要一个通道。这意味着只需要一个麦克风、一个ADC、一个DAC、一个D类功放和一个扬声器。

• CODEC本身可以集成嵌入式miniDSP，用于在数字域中进行音频处理。带有miniDSP的CODEC可减轻处理器计算的负担。

• 在某些情况下，可能不需要CODEC，例如如果使用的是数字麦克风可以直接连接到处理器。尽管实现最大的抗扰度所需的成本更高，但通过使用数字输入D类音频放大器，音频信号路径可以一直保持数字状态直至到达放大器。

• ADC（集成于CODEC内部）将来自外部的模拟音频输入转换为数字信号，并馈入系统的处理器。

• 在输出端，DAC（集成于CODEC内部）将来自处理器的数字音频信号转换为模拟信号。

• 由于DAC的输出信号电压以及电流较低，驱动能力较弱，因此需要音频放大器提供更高电压、电流以及驱动功能，以驱动扬声器系统发声。

• eCall系统由备用电池供电运行，因此即使发生事故中断了与汽车电池的连接，它仍能正常工作。

• 音频功率放大器将诊断的结果持续发送给处理器。

音频放大器：AB类与D类

音频放大器通常有两种选择：AB类或D类。

AB类音频放大器是当今汽车音频的标准。它属于线性放大器，不会产生电磁干扰（EMI），并且不需要很多外部电子组件。但是，它效率极低，并且需要加入大量的被动式或主动式散热管理，例如散热器和风扇。

另一方面，D类音频放大器是高效的开关放大器，几乎不需要散热管理。但是，它们确实需要加输出电感来改善EMI问题。

eCall系统中音频放大器的设计权衡

eCall系统的备用电池为音频放大器的选择提出了一个有趣的设计挑战：如何在采用必需的且可能很昂贵的备用电池的同时降低成本？（备用电池可能由一个或多个具有不同电池化学成分的单个电池组成。）

前面提到，AB类音频放大器不会产生EMI，并且不需要许多外围电子组件，但是它们的效率非常低。这意味着在eCall系统中，备用电池产生的电荷大部分会作为热量消耗掉。这种低效率带来了很高的成本：因为许多eCall系统要求紧急救援服务与驾驶员之间的“通话时间”在10到20分钟，使用AB类放大器的系统可能需要额外的电池才能满足此要求。

而D类放大器的高效特性使其非常适合用于eCall系统；它们的高效意味着电量较低的电池（如果选择正确的化学成分，可能仅需单节电池）也足够为eCall系统供电。这样可以显著降低系统总成本以及重量和尺寸。

除了需要考虑效率问题以外，eCall设计人员还需要考虑eCall系统在发生事故后是否仍然可以正常工作。集成了诊断功能的D类音频放大器可以将诊断结果传送给处理器。

在发生事故的情况下，集成诊断功能有助于判断扬声器是否仍处于连接状态，以便驾驶员与紧急救援服务之间进行口头交流。或者，如果在发生事故情况下扬声器的连接意外断开，则可以帮助紧急救援服务人员得知驾驶员的健康状况无法通过口头确认。

助力于T-BOX的TAS5411-Q1

与AB类放大器相比，TI车规级D类放大器的高效特性可以减少昂贵的高电量电池的使用，从而减少散热并降低整个系统的成本。

TAS5411-Q1是具有集成诊断和保护功能的D类8W音频放大器。不仅效率高有助于节省电池电量，而且在事故导致扬声器断开连接的情况下可以检测到空载。除此之外，它还有以下特点：

• 输入电压范围为4.5-18V。在负载为 4Ω 且THD+N 小于 10% 时的输出功率为 8W，效率可达83%。

• 单声道桥接负载 (BTL) D 类功率放大器，支持差分模拟输入。

• 采用可调功率限制器的 Speaker Guard™ 扬声器保护。

• 75dB 电源纹波抑制比 (PSRR) 。

• 负载诊断功能

• 负载开路或短路；

• 输出到电源和输出到接地短接。

• 保护和监控功能

• 短路保护；

• 40V 负载突降保护，符合 ISO-7637-2 标准 ；

• 在音乐播放的同时进行输出直流电平检测 ；

• 过热保护；

• 过压及欠压保护。

当然除了TAS5411-Q1之外，TI还有更多Class D的音频放大器可供选择，如下表1所示

表-1 D类功放选型

综上所述，在汽车应用如T-BOX中，TI的Class D音频功放如TAS5411-Q1，高效又可靠，是性命攸关的eCall系统的绝佳搭档，能为您的出行保驾护航！

更多信息敬请参考以下链接：

• 数据手册：TAS5411-Q1 8-W Mono Automotive Class-D Audio Amplifier With Load Dump and I2C Diagnostics datasheet (Rev. B)

• 应用笔记：Guidelines for Measuring Audio Power Amplifier Performance (Rev. A)

• 应用笔记：Short-to-Battery Protection Strategies for Class-D Amplifiers

• 技术文章："911, what’s your emergency?” – look inside the eCall audio subsystem

• 技术文章：How does the eCall system work?

• 技术文章：A complete low-voltage backup battery solution for eCall systems

• 使用指南：TAS5411Q1EVM User's Guide

• 应用笔记：Class-D LC Filter Design (Rev. B)

• 应用笔记：AN-1737 Managing EMI in Class D Audio Applications (Rev. A)